JP2023036026A - せん断帯が改善された非空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】車両のハンドリングおよび転がり抵抗が改善された非空気入りタイヤを提供する。【手段】非空気入りタイヤは、トレッドと、せん断帯と、ハブと前記せん断帯との間に配置された接続ウェブとを含む。前記せん断帯はタイヤの赤道面に対して１０度以下の角度で配置された複数の平行な補強コードから形成された第１および第２の膜層を有し、前記トレッドは第２の膜層の半径方向外側に位置する第１の角度付きベルトと、前記第１の角度付きベルトの半径方向外側に位置する第２の角度付きベルトとをさらに備え、前記第１および第２の角度付きベルトはそれぞれ、前記タイヤの赤道面に対して１５～３０度の範囲のベルト角度を有する平行な補強コードを有し、第２の角度付きベルトの角度は第１の角度付きベルトのベルト角度と等しく、且つ反対方向の角度を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、一般に、車両タイヤおよび非空気入りタイヤに関し、特に、せん断帯および非空気入りタイヤに関する。

空気入りタイヤは、１世紀以上にわたって車両の移動のために選ばれた解決策である。空気入りタイヤは、引張り構造である。空気入りタイヤは、今日、空気入りタイヤを支配的にする少なくとも４つの特性を有する。空気入りタイヤは、タイヤ構造の全てが荷重を支えることに関与するので、荷重を支えることにおいて効率的である。空気入りタイヤはまた、接触圧力が低く、車両の荷重の分散により道路上の摩耗がより低くなるので望ましい。空気入りタイヤはまた、剛性も低く、車両の快適な乗り心地を確保する。空気入りタイヤの主な欠点は、圧縮ガスを必要とすることである。従来の空気入りタイヤは、膨張圧力を完全に失うと、役に立たなくなる。

膨張圧力なしで動作するように設計されたタイヤは、空気入りタイヤに関連する多くの問題と妥協を排除することができる。圧力維持も圧力監視も不要である。ソリッドタイヤまたは他のエラストマー構造のような構造的に支持されたタイヤは、これまで、従来の空気入りタイヤに要求される性能レベルを提供していなかった。空気入りタイヤのような性能を果たす構造的に支持されたタイヤの解決策は、望ましい改善であろう。

非空気入りタイヤは、通常、その荷重を支える効率によって定義される。「ボトムローダ」は、本質的に、ハブの下方の構造物の部分において荷重の大部分を支える剛構造である。「トップローダ」は、構造物の全てが荷重を支えることに関与するように設計されている。このようにトップローダはボトムローダに比べて荷重を支える効率が高く、より少ない質量の設計が可能である。

せん断帯の目的は、地面との接触による荷重をスポークまたは接続ウェブにおける張力を介してハブに伝達し、トップローディング構造を作り出すことにある。せん断帯が変形する場合、そのせん断帯の変形の好ましい形態は、曲りよりはせん断（shear over bending）である。せん断変形モードは、せん断帯の外側部分に位置する伸張不可能な膜によって生じる。

従来技術の非空気入りイヤは、典型的には、伸張不可能なベルトまたは膜の少なくとも２つの層の間に挟まれたゴム材料からなるせん断帯を有する。この種の構造の欠点は、せん断帯内の大量のゴムのために、車両の乗り心地およびハンドリングが損なわれる可能性があることである。また、ゴムの量が多いため、転がり抵抗も悪くなる場合がある。したがって、車両のハンドリングおよび転がり抵抗が改善された、非空気入りタイヤ用の改善されたせん断帯が望まれている。

本発明は第１の態様において、外側環状トレッドと、トレッド帯をハブに接続する複数の接続構造体と、を有する非空気入りタイヤを提供し、前記外側環状トレッドは、前記外側環状トレッドの半径方向内側に位置する第１の補強層と、前記第１の補強層の半径方向外側に位置する第２の補強層と、をさらに備え、前記第１および第２の補強層は、タイヤの赤道面に対して１０度以下の角度で配置された複数の平行な補強コードから形成され、前記外側環状トレッドは、前記第２の補強層の半径方向外側に位置する第１の角度付きベルトと、前記第１の角度付きベルトの半径方向外側に位置する第２の角度付きベルトと、をさらに備え、前記第１および第２の角度付きベルトはそれぞれ、前記タイヤの赤道面に対して１５～３０度の範囲のベルト角度を有する平行な補強コードを有し、前記第２の角度付きベルトの角度は、前記第１の角度付きベルトの前記ベルト角度と等しく、且つ反対方向の角度を有する。
本発明は以下の説明および添付の図面を参照することにより、より良く理解されるのであろう。

本発明の非空気入りタイヤの第1の実施形態の斜視図である。 本発明のせん断帯の第１の実施形態の断面図である。

定義
本説明では、以下の用語を以下のように定義する。

「赤道面」とは、タイヤの回転軸に垂直で、かつ、そのタイヤの中心線を通る平面を意味する。

「伸張不可能な」とは、所定の層が約２５Ｋｓｉを超える引張剛性を有することを意味する。

本発明の非空気入りタイヤ１００の第１の実施形態を図１に示す。本発明のタイヤは、半径方向外側の地面と係合するトレッド２００と、せん断帯３００と、接続ウェブ５００とを含む。タイヤトレッド２００は、様々な条件におけるタイヤの性能を改善するために、所望によりリブ、ブロック、ラグ、溝２１０、およびサイプなどの要素を含むことができる。接続ウェブ５００は、ハブ５１２に取り付けられ、以下でより詳細に説明するように、様々な設計を有することができる。本発明の非空気入りタイヤは、せん断帯３００および接続ウェブ５００が効率的に荷重を支えるように、トップローディング構造となるように設計されている。接続ウェブは、引張状態にあるときに剛構造であるように設計されており、タイヤ接地面において座屈または変形し、そして圧縮することも圧縮荷重を支えることもない。これは、接地面領域にない接続ウェブの残りの部分が荷重を支える能力を与え、それにより非常に荷重効率の良い構造をもたらす。せん断帯が湾曲して道路の障害物を乗り越えられるようにすることが望ましい。概略的な荷重分布は、好ましくは荷重の約９０～１００％がせん断帯および接続ウェブの上部によって支えられ、その結果、接続ウェブの下部は、実質的に荷重を支えないか、好ましくは１０％未満を支えるというものである。
せん断帯

好ましくは、せん断帯３００は、タイヤトレッド２００の半径方向内側に位置し、かつ、地面と接触するタイヤの底部からスポークおよびハブに荷重を伝達するように機能し、トップローディング構造を作り出す環状構造である。環状構造３００は、変形の好ましい形態が曲げよりはせん断であるので、せん断帯と呼ばれる。

せん断帯３００の第１の実施形態が図２に示されている。せん断帯は、第１、第２、および第３の補強層３２０、３３０、３６０を含むことができる。各補強層は、近接して離間した複数の平行な補強コードから形成される。平行な補強コードは、それら補強コードがエラストマーコーティングに埋め込まれるように、カレンダー加工された織物から形成されてもよい。好ましくは、各補強層３２０、３３０、３６０はシングルエンドコードを螺旋状に巻くことで形成される。好ましくは、シングルエンドコードは、複数のフィラメントを有する。

第１および第２の補強層３２０、３３０は、好ましくはせん断帯３００の半径方向における最も内側の補強層であり、第２の補強層３３０は、第１の膜層の半径方向外側に位置する。第３の補強層３６０は、第２の補強層３３０の半径方向外側に位置する。各層３２０、３３０、３６０の伸張不可能な補強コードは、好ましくはタイヤの赤道面に対する角度が５度以下の範囲内である。第１および第２の補強層３２０、３３０の補強コードは、スチール、アラミド、および／または他の高弾性織物のモノフィラメントまたはコードなどの適切なタイヤベルト補強材であってもよい。例えば、補強コードは、直径０．２８ｍｍ（４×０．２８）または直径０．２２ｍｍの４本のワイヤのスチールコードであってもよい。別の実施例では、補強コードは、５本のワイヤが中央ワイヤ（５＋１）構造を取り囲む、６本のワイヤのスチールコードであってもよい。

第３の補強層３６０は、第１のせん断層３５０によって第２の補強層３３０から分離されている。せん断帯３００は、第３の補強層３６０の半径方向外側に位置する第２のせん断層３７０をさらに含む。第１および第２のせん断層３５０、３７０は、３ＭＰａ～３０ＭＰａの範囲、より好ましくは１０ＭＰａ～２０ＭＰａの範囲のせん断弾性率を有するエラストマーまたはゴムから形成される。

せん断弾性率は、純せん断変形試験を用いて定義され、応力および歪みを記録し、得られる応力歪み曲線の勾配を決定する。

せん断帯３００は、第１の角度付きベルト３８０および第２の角度付きベルト３９０をさらに含む。第１の角度付きベルト３８０は第２のせん断層３７０の半径方向外側に位置し、第２の角度付きベルト３９０は、第１の角度付きベルト３８０の半径方向外側に位置する。第１および第２の角度付きベルト３８０、３９０はそれぞれ、エラストマーコーティングに埋め込まれた平行な補強コードを有する。平行な補強コードは、好ましくはタイヤの赤道面に対して１５～３０度の範囲の角度を有する。好ましくは、平行な補強コードの角度は２０～２５度の範囲である。好ましくは、第１の角度付きベルトの補強コードの角度は、第２の角度付きベルトの補強コードの角度とは反対方向である。さらに、補強コードは伸張不可能であることが好ましい。
せん断帯の特性

せん断帯は、全体的なせん断剛性ＧＡを有する。せん断剛性ＧＡは、せん断帯から採取された代表的な試験片のたわみを測定することによって決定することができる。試験片の上面は、横方向のせん断力Ｆを受ける。試験片は、せん断帯から採取され、せん断帯と同じ半径方向の厚さを有する代表的なサンプルである。そして、せん断剛性ＧＡは、以下の式から計算される。

ＧＡ＝Ｆ＊Ｌ／ΔＸであり、ここで、Ｆはせん断荷重であり、Ｌはせん断層の厚さであり、デルタＸはせん断たわみである。ＧＡは約１５，０００Ｎから３５，０００Ｎの範囲、より望ましくは約２５，０００Ｎであることが望ましい。

せん断帯は、全体的な曲げ剛性ＥＩを有する。曲げ剛性ＥＩは、３点曲げ試験を用いて梁力学（beam mechanics）から決定することができる。これは、２つのローラ支持体上に載置される梁であって、梁の中央に加えられる集中荷重を受ける梁の場合を表す。曲げ剛性ＥＩは、以下の式から決定される。ＥＩ＝ＰＬ³／４８＊ΔＸであり、ここで、Ｐは荷重、Ｌはビーム長、ΔＸはたわみである。ＥＩは、２２０Ｅ６Ｎ－ｍｍ²にほぼ等しいことが好ましい。

せん断帯の曲げ剛性ＥＩを最大にし、せん断帯剛性ＧＡを最小にすることが望ましい。比ＧＡ／ＥＩの許容範囲は０．０１から２０までの間であり、理想的な範囲は０．０１から５までの間である。ＥＡはせん断帯の伸び剛性であり、引張力を加え、長さの変化を測定することによって実験的に求められる。せん断帯のＥＡに対するＥＩの比は、１０００～３０００の範囲、より好ましくは１５００～３０００の範囲が許容可能とされる。
接続ウェブ

本発明の非空気入りタイヤは、図１に示すように、接続ウェブ５００をさらに備える。接続ウェブは、好ましくは、内半径から外半径に延びる、円周方向に沿って並べられた複数のスポーク５１０を含む。スポークは、好ましくは半径方向を向いている。スポークは、湾曲していてもよいし、直線状であってもよい。好ましくは、非空気入りタイヤは、円周方向に沿って並べられた２組のスポークを備える。スポークは、様々な断面設計を有することができる。スポークは、せん断層から伝達される荷重を支えるように機能する。スポークは、主に引張およびせん断における荷重を受け、圧縮における荷重は支えない。本明細書に記載の各スポークは、好ましくは非空気入りタイヤの軸方向の厚さＡＷよりも実質的に小さい軸方向の厚さＡを有する。軸方向の厚さＡは、ＡＷの５～２０％の範囲内、より好ましくはＡＷの５～１０％の範囲内である。

スポークは、好ましくはゴムまたは熱可塑性エラストマーなどの弾性材料から形成される。スポークは、半径方向の変形に対する耐性が低く、タイヤの横方向の変形に対する耐性が高くなるように設計される。

本発明は、本明細書で提供される説明に照らして変形が可能である。本発明を例示する目的で、特定の代表的な実施形態および詳細を示したが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更および修正を行うことができることは当業者には明らかであろう。したがって、以下の添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の全範囲内であると説明される特定の実施形態において変更がなされ得ることを理解されたい。

Claims (6)

1. 外側環状トレッドと、
   トレッド帯をハブに接続する複数の接続構造体と、を有し、
   前記外側環状トレッドは、前記外側環状トレッドの半径方向内側に位置する第１の補強層と、前記第１の補強層の半径方向外側に位置する第２の補強層と、をさらに備え、
   前記第１および第２の補強層は、タイヤの赤道面に対して１０度以下の角度で配置された複数の平行な補強コードから形成され、
   前記外側環状トレッドは、前記第２の補強層の半径方向外側に位置する第１の角度付きベルトと、前記第１の角度付きベルトの半径方向外側に位置する第２の角度付きベルトと、をさらに備え、前記第１および第２の角度付きベルトはそれぞれ、前記タイヤの赤道面に対して１５～３０度の範囲のベルト角度を有する平行な補強コードを有し、前記第２の角度付きベルトの角度は、前記第１の角度付きベルトの前記ベルト角度と等しく、且つ反対方向の角度を有することを特徴とする非空気入りタイヤ。
2. 前記第１および第２の補強層は、前記タイヤの赤道面に対して０度の角度で配置された前記補強コードで形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の非空気入りタイヤ。
3. 前記タイヤの赤道面に対して０度の角度で配置された前記補強コードで形成された第３の膜層をさらに含む、請求項１に記載の非空気入りタイヤ。
4. 前記第２の膜層と前記第３の膜層との間に位置する第１のせん断層をさらに含む、請求項３に記載の非空気入りタイヤ。
5. 前記第３の膜層と前記第１の角度付きベルトとの間に位置する第２のせん断層をさらに含む、請求項３に記載の非空気入りタイヤ。
6. 前記平行補強コードは、スチール製であることを特徴とする、請求項１に記載の非空気入りタイヤ。

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